POSOUZENÍ VODOVODNÍ SÍTĚ OBCE VYSOKÁ NAD LABEM THE ANALYSIS OF WATER DISTRIBUTION NETWORK OF VYSOKÁ NAD LABEM MUNICIPALITY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV VODNÍHO HOSPODÁŘSTVÍ OBCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF MUNICIPAL WATER MANAGEMENT

POSOUZENÍ VODOVODNÍ SÍTĚ OBCE VYSOKÁ NAD LABEM THE ANALYSIS OF WATER DISTRIBUTION NETWORK OF VYSOKÁ NAD LABEM MUNICIPALITY

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR‘S THESIS

AUTOR PRÁCE

MAREK BAKRLÍK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2014

Ing. TOMÁŠ KUČERA, Ph.D

Posouzení vodovodní sítě obce Vysoká nad Labem Bakalářská práce

Marek Bakrlík

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program

B3607 Stavební inženýrství

Typ studijního programu

Bakalářský studijní program s prezenční formou studia

Studijní obor

3647R015 Vodní hospodářství a vodní stavby

Pracoviště

Ústav vodního hospodářství obcí

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student

Marek Bakrlík

Název

Posouzení vodovodní sítě obce Vysoká nad Labem

Vedoucí bakalářské práce

Ing. Tomáš Kučera, Ph.D.

Datum zadání bakalářské práce

30. 11. 2013

Datum odevzdání bakalářské práce

30. 5. 2014

V Brně dne 30. 11. 2013

.............................................

...................................................

doc. Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. Vedoucí ústavu

prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT


Marek Bakrlík

Podklady a literatura [1] NOVÁK, Pavel. Hydraulic modelling: an introduction ; principles, methods and applications. London: Spon Press, 2010, xiv, 599 s. ISBN 978-0-419-25010-4. [2] LIN, Shun Dar. Water and wastewater calculations manual. 2nd ed. New York: McGrawHill, c2007, 945 s. ISBN 00-714-7624-5. [3] TUHOVČÁK, Ladislav, Pavel ADLER, Tomáš KUČERA a Jaroslav RACLAVSKÝ. Vodárenství: Studijní opora pro studijní programy s kombinovanou formou studia [online]. Brno: VUT v Brně, 2006 [cit. 2012-03-26]. Zásady pro vypracování V rámci bakalářské práce bude zkompletován hydraulický výpočtový model stávajícího vodovodu obce Vysoká nad Labem, v případě potřeby bude doplněna chybějící dokumentace. Cílem práce je provést posouzení vodovodu po stránce kapacity a tlakových poměrů. V případě nevyhovujících hodnot bude proveden návrh nápravných opatření. Předepsané přílohy

............................................. Ing. Tomáš Kučera, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce


Marek Bakrlík

ABSTRAKT Předmětem bakalářské práce je posouzení stávajícího systému zásobování obce Vysoká nad Labem pitnou vodou. Vzhledem k rozrůstající se výstavbě v obci došlo ke zvětšení potřeby vody. Vlivem nárůstu odběrů došlo také ke změně tlakových poměrů v rozvodné vodovodní síti, které začaly být na hranici zákonných limitů. Zejména se jedná o posouzení tlakových poměrů v nejvyšších bodech obce a následný návrh případného rozdělení na tlaková pásma vzhledem k možnosti zásobování z několika zdrojů.

ABSTRACT The goal of my bachelor’s thesis is to assess the current supply system of drinking water in the village Vysoká nad Labem. The growth of the village has been the cause of the increasing consumption of drinking water. Due to the increase in water withdrawals the pressure conditions in the supply network has been also changed and has been struggling with the legal limits. Particularly the paper will focus on an evaluation of the pressure ratios at the highest point of the village followed by the design of a possible division to the pressure zones due to the potential supply by several sources.

KLÍČOVÁ SLOVA Systém zásobování, tlakové poměry, vodojem, automatická tlaková stanice, potřeba vody.

KEY WORDS Supply system, pressure ratios, tank, automatic pressure stations, water demand.


Marek Bakrlík

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE VŠKP Marek Bakrlík Posouzení vodovodní sítě obce Vysoká nad Labem. Brno, 2014. 49 s. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí práce Ing. Tomáš Kučera, Ph.D.


Marek Bakrlík

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje.

V Brně dne 16. 5. 2014

……………………………………………………… podpis autora Marek Bakrlík


Marek Bakrlík

PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Tomášovi Kučerovi, Ph.D. za připomínky, náměty a cenné rady, čímž významně pomohl ke zpracování zadaného tématu. Dále děkuji panu Ing. Lukášovi Netušilovi zaměstnanci společnosti Vodovody a kanalizace Hradec Králové, a.s. za vstřícný přístup při získávání podkladů a informací pro tuto práci.

OBSAH 1

ÚVOD.................................................................................................................. 3

2

VODÁRENSTVÍ .................................................................................................. 4

2.1

Rozdělení vodovodů podle územní působnosti ........................................................................................ 4 2.1.1 Vodovody místní ............................................................................................................................... 4 2.1.2 Vodovody skupinové ........................................................................................................................ 5 2.1.3 Vodovody oblastní ............................................................................................................................ 5

2.2

Rozdělení vodovodů podle výškového uspořádání .................................................................................. 6 2.2.1 Gravitační vodovod ........................................................................................................................... 6 2.2.2 Výtlačný vodovod ............................................................................................................................. 7

2.3

Rozvodné vodovodní sítě............................................................................................................................ 7 2.3.1 Kategorizace vodovodních řadů ........................................................................................................ 7 2.3.2 Uspořádání rozvodných sítí ............................................................................................................... 8 2.3.3 Zásady směrového a výškového řešení rozvodných sítí .................................................................... 9

2.4

Tlakové schéma při gravitačním zásobení spotřebiště z vodojemu ....................................................... 9 2.4.1 Tlakové ztráty ................................................................................................................................. 10

2.5

Nerovnoměrnost potřeby vody ................................................................................................................ 12

2.6

EPANET 2.0 .............................................................................................................................................. 13 2.6.1 Základní charakteristika modelu EPANET 2.0 ............................................................................... 13

2.7

Automatické tlakové stanice .................................................................................................................... 13 2.7.1 2.7.2 2.7.3

Výhody a nevýhody ATS ................................................................................................................ 14 Popis a druhy ATS .......................................................................................................................... 14 Návrh ATS ...................................................................................................................................... 15

3

PŮVODNÍ STAV ............................................................................................... 17

3.1

Poskytnuté podklady ................................................................................................................................ 17

3.2

Identifikační údaje ................................................................................................................................... 17

3.3

Charakteristika posuzovaného území ..................................................................................................... 17 3.3.1 Obyvatelstvo ................................................................................................................................... 19 3.3.2 Občanská vybavenost obce ............................................................................................................. 19 3.3.3 Průmysl ........................................................................................................................................... 20

3.4

Charakteristika zásobování vysoké nad labem ...................................................................................... 20 3.4.1 Vodojemy a zásobovací řady .......................................................................................................... 21 3.4.2 Rozvodná síť ................................................................................................................................... 21 3.4.3 Výškové schéma vodovodu ............................................................................................................. 23

3.5

Hydrotechnické výpočty .......................................................................................................................... 24 3.5.1 Stanovení drsností potrubí ............................................................................................................... 24 3.5.2 Stanovení potřeb vody..................................................................................................................... 24 3.5.3 Zadávání odběrů .............................................................................................................................. 27 3.5.4 Výpočet tlaků a rychlostí na rozvodné vodovodní síti .................................................................... 30

1


Marek Bakrlík

4

NAVRŽENÁ OPATŘENÍ................................................................................... 34

4.1

Udržování určité hladiny ve VDJ NHK .................................................................................................. 34

4.2

Osazení AT stanic ..................................................................................................................................... 35

4.3

Využití čerpací stanice Kunětická hora .................................................................................................. 39

4.4

Vybudování nového vodojemu ................................................................................................................ 40

5

ZÁVĚR .............................................................................................................. 42

6

POUŽITÁ LITERATURA .................................................................................. 43

SEZNAM TABULEK ................................................................................................. 44 SEZNAM OBRÁZKŮ ................................................................................................ 45 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ..................................................... 47 SEZNAM PŘÍLOH ..................................................................................................... 49

2


1

Marek Bakrlík

ÚVOD

Cílem bakalářské práce je posouzení stávajícího systému zásobování obce Vysoká nad Labem pitnou vodou. Zejména se jedná o posouzení tlakových poměrů v nejvyšších bodech obce a návrh případného rozdělení na tlaková pásma vzhledem k možnosti zásobování z několika zdrojů. Zájmová oblast se rozkládá na území bývalého okresu Hradec Králové, kraj Královéhradecký. První zdroj pitné vody je vodojem Nový Hradec Králové, který leží přímo v Hradci Králové. Druhým zdrojem je vodojem Kunětická hora, který leží nedaleko Pardubic, Pardubický kraj. Vodojem Kunětická hora je vybaven přibližně kilometr vzdálenou čerpací stanicí. První kapitola se zabývá obecnou rešerší vybraných témat z vodárenství, přesně řečeno z dopravy vody, které úzce souvisejí s bakalářskou prací. Druhá kapitola se zabývá charakteristikou posuzovaného území, charakteristikou zásobování a provozování vodovodu ve Vysoké nad Labem a hydrotechnickými výpočty. Výsledek kapitoly je posouzení stávající vodovodní sítě na tlakové poměry a hodnoty jednotlivých rychlostí. V poslední kapitole jsou popsána jednotlivá opatření na zvýšení tlaků v síti, z důvodu nevyhovujících legislativních limitů.

3


2

Marek Bakrlík

VODÁRENSTVÍ

Vodárenství je disciplína, jejíž hlavní náplní je zásobování jednotlivých spotřebišť pitnou, užitkovou, průmyslovou nebo požární vodou. Technická zařízení, která slouží k zásobování vodou, se nazývají vodovody. Ty zahrnují soustavu objektů a technologických zařízení. Mezi ně řadíme vodní zdroj, odběrný objekt, čerpací stanici, úpravnu vody, přiváděcí a výtlačné řady, vodojemy, zásobovací řady a rozvodné vodovodní sítě. Vodovody rozdělujeme podle tří zásadních kritérií. Podle územní působnosti (rozsahu zásobování) na vodovody místní, skupinové a oblastní. Dále dle výškového uspořádání na vodovody gravitační a výtlačné. Posledním zásadním kritériem je účel, kde se rozdělují na zásobování pitnou, průmyslovou a požární vodou.

2.1 ROZDĚLENÍ VODOVODŮ PODLE ÚZEMNÍ PŮSOBNOSTI 2.1.1

Vodovody místní

Jejich vznik se váže k rozvoji vyspělých starověkých měst. Jsou tedy historicky nejstarším typem vodovodů. Technicky a provozně je lze charakterizovat jako jednoduchá zařízení zajišťující zásobování jedné obce nebo města z jednoho případně z více zdrojů vody. Jsou budovány přednostně jako gravitační pokud to podmínky umožňují.

Obr. 2.1.1 Místní vodovod s jedním vodním zdrojem [1]

Obr. 2.1.2 Místní vodovod se dvěma zdroji [1]

4


2.1.2

Marek Bakrlík

Vodovody skupinové

Budování začalo přibližně ve dvacátých letech minulého století z důvodu rozvoje spotřebišť a zvyšování potřeby vody. Je pro ně charakteristické společné zásobování několika spotřebišť (měst a obcí) z jednoho nebo více zdrojů. Voda je zde dopravována gravitačně, ale ve velkém rozsahu i čerpáním. Využívá se zdrojů podzemní vody, ale i upravované vody povrchové. Podle objektového vybavení a technického uspořádání je možno skupinové vodovody navrhovat buď s jedním společným vodojemem, nebo s několika místními vodojemy u jednotlivých spotřebišť. Ve variantě s jedním vodojemem je upravená voda dopravována do jediného vodojemu, který objemově a tlakově ovládá všechna spotřebiště. Tato varianta má nesporné přednosti v jednoduchosti provozu a úspoře investičních nákladů na akumulace, její nevýhody jsou vyšší investiční náklady na dlouhé zásobní řady velkých dimenzí (nutno navrhovat na maximální hodinovou potřebu), značná rozkolísanost tlaků (možnost vzniku vodních rázů) a možné problémy s plynulostí zásobování v koncových úsecích skupiny. Ve druhé variantě s několika místními vodojemy je upravená voda přiváděna přívodními gravitačními nebo výtlačními řady do místních zásobních vodojemů jednotlivých spotřebišť situovaných co nejblíže ke spotřebišti, aby zásobní řady byly co nejkratší. Podobně jako v první variantě je výhodné systém zokruhovat. Mezi hlavní výhody této varianty jsou úspory investičních nákladů na přívodní řady menších dimenzí (navrhují se na maximální denní potřebu) a rovnoměrné rozdělování vody všem spotřebištím i v období s nedostatkem vody. Nevýhodami jsou vysoké investiční náklady na několik vodojemů a nákladnější rekonstrukce přívodních řadů a vodojemů při vzrůstu potřeby vody.

Obr. 2.1.3 Skupinový vodovod s jedním VDJ [1]

2.1.3

Obr. 2.1.4 Skupinový vodovod se dvěma VDJ [1]

Vodovody oblastní

Oblastní vodovody, u kterých je z jednoho strategického vodního zdroje (zpravidla vodárenské nádrže), případně z dalších zdrojů zásobováno rozsáhlé území zahrnující velké množství spotřebišť, které spadají do několika okresů nebo krajů. Vznikly u nás v období po 2. světové válce, kdy v souvislosti s hospodářským růstem vznikla potřeba rozšiřování územní působnosti vodovodů plošným zásobováním. Tyto vodovody s velkým množstvím objektů, dopravou vody na velké vzdálenosti (běžně desítky km) a složitým systémem řízení se nazývají vodárenskými soustavami.

5


Marek Bakrlík

Mezi nejvýznamnější vodárenské soustavy na Jižní Moravě patří převážně podzemní zdroje kvartéru řeky Moravy s využitím vodárenských nádrží Koryčany a Znojmo. Tato soustava zahrnuje území okresů Břeclav, Hodonín a Znojmo. V Brně je to odběr z vodárenské nádrže Vír na řece Svratce, Březovský vodovod s odběrem kvalitní podzemní vody v lokalitě Březová nad Svitavou, vodovodem Blansko – Boskovice s vodárenskou nádrží Boskovice a dalšími skupinovými vodovody s vodními zdroji Opatovice na Hané a Velká Haná. Pro východní Čechy s oblastí Hradec Králové – Pardubice – Chrudim, kde strategickým vodním zdrojem je řeka Divoká Orlice, podzemní zdroje Východočeské Křídy, řeka Chrudimka a prameniště Podlažice. Hlavní předností vodárenských soustav a oblastních vodovodů patří vyšší zabezpečenost dodávky vody, možnosti převodů vody, optimální využitelnost a spolupráce vodních zdrojů a centrální řízení celého systému s využitím moderních prostředků sdělovací a výpočetní techniky. Nevýhodou jsou vysoké investiční náklady a provozní náklady, vyšší zranitelnost povrchových zdrojů vody, dopady poruch na velké území, větší ztráty vody a náročná a dlouhodobá realizace těchto investic.

Obr. 2.1.5 Oblastní vodovod s několika zdroji [1]

2.2 ROZDĚLENÍ VODOVODŮ PODLE VÝŠKOVÉHO USPOŘÁDÁNÍ 2.2.1

Gravitační vodovod

Z provozního hlediska výhodná varianta uspořádání vodovodu. Použitelná je tehdy, pokud výškový rozdíl mezi vodním zdrojem a spotřebištěm je dostatečně velký a zajistí v celé rozvodné síti minimální hydrodynamický přetlak v hodnotě 0,25 MPa bez nutnosti čerpání. Voda ze zdroje je přiváděna gravitačně do úpravny vody, z úpravny vody přiváděcím řadem do vodojemu a z vodojemu zásobním řadem do spotřebiště. Typickým znakem je permanentní (celodenní) přítok vody do vodojemu bez čerpání, což je velmi výhodné z hlediska minimalizace provozních nákladů a i z hlediska úspory investičních nákladů na objekt vodojemu (vychází nejmenší objem akumulační nádrže vodojemu).

6


Marek Bakrlík

Obr. 2.2.1 Gravitační vodovod [1]

2.2.2

Výtlačný vodovod

Z provozního hlediska méně výhodná varianta, přesto však nejčetnější uspořádání vodovodů. Použije se tehdy, kdy vodní zdroj vůči spotřebišti leží níže, ve stejné úrovni, nebo jen o něco málo výše. Tudíž gravitační doprava vody ze zdroje do spotřebiště není možná vůbec nebo možná je, ale nezajistí jeho dostatečné tlakové zásobení. Typickým znakem je, že vodu z vodního zdroje, případně úpravny vody je nutno do vodojemu čerpat.

Obr. 2.2.2 Výtlačný vodovod [1]

2.3 ROZVODNÉ VODOVODNÍ SÍTĚ 2.3.1

Kategorizace vodovodních řadů

Podle územní působnosti, funkčního a kapacitního významu, ve smyslu ČSN 73 6005 Prostorové uspořádání sítí technického vybavení lze dělit na vedení dálková (přiváděcí, výtlačné a zásobovací řady), vedení místní (2. a 3. kategorie, rozvodné řady dopravující vodu do těžiště spotřebiště a vedlejší rozvodné řady) a vodovodní přípojky (podle platné legislativy nejsou vodními díly).

7


2.3.2

Marek Bakrlík

Uspořádání rozvodných sítí

Tímto rozumíme soustavu vodovodních řadů 2. – 4. kategorie s nezbytným objektovým vybavením, které mají přímou prostorovou a funkční vazbu na konkrétní spotřebiště.

Větevná síť Má uspořádání řadů ve tvaru rozvětveného stromu bez zokruhování. Použití v malých spotřebištích venkovského charakteru, kde liniový charakter zástavby nevytváří podmínky pro provozně účelné a ekonomicky únosné zokruhování rozvodných řadů. Mezi výhody patří minimální investiční náklady, jednoduché navrhování, provádění a provozování, jednoznačné průtokové a tlakové poměry. Nevýhodami je provozně malá spolehlivost, velký dopad poruch a nárazových odběrů na plynulost zásobení a stagnace vody v koncových úsecích.

Obr. 2.3.1 Větevná síť [1]

Okruhová síť Má uspořádání řadů do uzavřených okruhů, které se vzájemně dotýkají ve styčných úsecích a uzlech. Použití u větších spotřebišť s převažujícím plošným charakterem zástavby, u které je technicko – ekonomicky, provozně účelné a výhodné zokruhování rozvodných řadů. Mezi výhody patří zabezpečenost (voda se ke každému místu dostává ze dvou stran), tlaky v síti jsou vyrovnanější a voda cirkuluje. Nevýhodami jsou vyšší pořizovací náklady, složitější navrhování a výpočet sítě.

Obr. 2.3.2 Okruhová síť [1]

8


Marek Bakrlík

Kombinovaná síť Je to kombinace sítě větevné a okruhové, kdy se okruhová síť doplňuje větevnou v okrajových částech spotřebiště s převažujícím liniovým charakterem zástavby. Má výhody a nevýhody obou předchozích typů.

2.3.3

Zásady směrového a výškového řešení rozvodných sítí

Směrový návrh vodovodu V nezastavěném území se trasa vodovodního potrubí volí v blízkosti komunikací, mimo znečištěná území (skládky, navážky). Trasa by měla být co nejpřímější s minimálním počtem křížení s komunikacemi, vodními toky a ostatními sítěmi (úhel křížení 60 – 90°). Křížení s železniční a silniční komunikací se řídí dle ČSN 75 5630 Vodovodní podchody pod drahou a silniční komunikací. Vodovodní potrubí se navrhuje mimo ochranné pásmo dráhy a silnice. K ochraně vodovodního potrubí slouží ochranná pásma. Dle zákona o vodovodech a kanalizacích jsou ochranná pásma vymezena. U řadů do průměru 500 mm včetně je to 1,5 m od vnějšího líce na každou stranu. U řadů nad průměr 500 mm je to 2,5 m. V zastavěném území se trasy vodovodního potrubí navrhují dle ČSN 76 6005 Prostorové uspořádání sítí technického vybavení. Ta stanoví také zásady pro směrový návrh a prostorové uspořádání, souběh a křížení s ostatními podzemními sítěmi, nejmenší dovolené krytí podzemní sítí. Vodovodní potrubí se pokládá přednostně do nezpevněných částí (přidruženého prostoru), po využití předchozí možnosti také do pásů pro pěší (chodníků).

Výškový návrh vodovodu Zahrnuje návrh podélného sklonu potrubí a návrh hloubky uložení a krytí. Krytí vodovodního potrubí se musí navrhnout tak, aby se vyloučila možnost zamrznutí v zimním období, velkého ohřívání v letním období a mechanickému poškození vnějšími vlivy. Ve volném terénu mimo komunikace se minimální krytí potrubí určí dle tepelně izolačních vlastností půdy. Při průměru do 400 mm je nejmenší doporučené krytí od 1,2 m v hlinitých zeminách do 1,5 m ve štěrkových. Při průměru nad 400 mm lze hodnoty zmenšit až o 0,2 m. Pokud nelze dodržet potřebné krytí, musí být potrubí chráněno nenasákavou tepelnou izolací. Minimální krytí při uložení vodovodního potrubí do komunikace je 1,5 m. V nezastavěném území nemá být maximální krytí o více jak 1,0 m větší než doporučené nejmenší krytí (1,2 – 1,5 m), v zastavěném by nemělo překročit 2,0 m. Niveleta vodovodního potrubí se musí navrhovat vždy v určitém minimálním sklonu. Je to soustava vzestupných a sestupných úseků mezi výškovými lomy s vloženými vzdušníky a kalosvody. Minimální sklon potrubí je 3‰ při DN do 200 mm, 1‰ při DN od 250 do 500 mm a 0,5‰ při DN 600 a větším.

2.4 TLAKOVÉ SCHÉMA PŘI GRAVITAČNÍM ZÁSOBENÍ SPOTŘEBIŠTĚ Z VODOJEMU Tlakové poměry ve spotřebišti se u gravitačního vodovodu odvozují z následujícího základního schématu. Musí být splněny základní požadavky normy na tlakové poměry ve spotřebišti.

9


Marek Bakrlík

Hydrodynamický přetlak v rozvodné síti musí být v místě napojení každé vodovodní přípojky nejméně 0,25 MPa, při zástavbě do dvou nadzemních podlaží alespoň 0,15 MPa. U hydrantu pro odběr požární vody musí být zajištěn statický přetlak nejméně 0,2 MPa; při odběru nemá přetlak klesnout pod 0,05 MPa. Maximální hydrostatický přetlak v nejnižších místech vodovodní sítě každého tlakového pásma nemá být vyšší než hodnota 0,6 Mpa; v odůvodněných případech se může zvýšit na 0,7 MPa.

Obr. 2.4.1 Tlakové schéma při gravitačním zásobení z vodojemu [1]

2.4.1

Tlakové ztráty

Při proudění kapaliny v potrubí vznikají ztráty třením a ztráty místní. Celkové tlakové ztráty jsou dány součtem.

Ztráty třením zt Mají původ v tření kapaliny o stěny potrubí. Jejich velikost závisí na druhu materiálu potrubí (drsnosti), délce potrubí, průměru potrubí a průtočném množství.

zt    kde

L v2  d 2g

(2.4.1)

zt…tlaková ztráta v úseku délky L [m] λ…součinitel tření [–] L…délka úseku [m] d…vnitřní průměr potrubí [m]

10


Marek Bakrlík

v…střední průřezová rychlost[ m∙s-1] g…tíhové zrychlení [m∙s-2] V praktických výpočtech se tlakové ztráty třením zjišťují z hodnoty tlakové čáry I [‰,%], a z délky potrubí L podle vtahu:

I kde

zt I L 1000  zt  L 1000

(2.4.2)

I…sklon tlakové čáry [-] zt… tlaková ztráta v úseku délky L [m] L…délka úseku [m]

Hodnota sklonu tlakové čáry I se odečte při dimenzování potrubí z dimenzovacích tabulek nebo nomogramů pro návrhový průtok a navrženou dimenzi potrubí DN, spolu s hodnotou střední průřezové rychlosti pro zvolený druh materiálu potrubí.

Ztráty místní zm Vyskytují se v místních odporech potrubí vyvolávajících nadměrnou turbulenci. Nejčastěji to jsou náhlé lomy, zúžení nebo rozšíření a různé armatury. Prakticky mají význam pouze u hydraulicky krátkých potrubí, jako jsou sací potrubí čerpadel, násosky, shybky, kde platí

l  1000 d kde

(2.4.3)

l…délka potrubí [m] d…světlost potrubí [m]

U hydraulicky dlouhých potrubí lze místní ztráty zanedbat, protože jejich hodnota je ve srovnání se ztrátami třením nepodstatná.

v2 zm    2g kde

(2.4.4)

zm…tlaková ztráta místní [m] ζ…součinitel místní ztráty [-] v…střední průřezová rychlost[ m∙s-1] g…tíhové zrychlení [m∙s-2]

Místní ztráty se v praktických výpočtech počítají tak, že všechny místní odpory se nahradí ekvivalentní délkou přímého potrubí stejného DN a tato délka se přičte ke skutečné délce potrubí.

11


Marek Bakrlík

2.5 NEROVNOMĚRNOST POTŘEBY VODY Odběr vody, a tedy i potřeba vody se mění v průběhu času (hodin, dnů, měsíců, roků). Tato nerovnoměrnost je dána několika faktory. Hlavními faktory jsou změny klimatických poměrů (léto – zima), hospodářských podmínek (změny intenzity výroby v zemědělství a v průmyslu), životním a pracovním režimem obyvatelstva během dne a týdne (pracovní směny, odjezdy o víkendech mimo bydliště apod.) Nerovnoměrnosti odběrů vody se mohou sledovat v různých časových obdobích, přičemž každý má svůj účel a smysl. Rozdíly mezi odběry v jednotlivých letech jsou podkladem pro výhledové potřeby vody. Rozdíly v jednotlivých měsících a dnech jsou podkladem pro stanovení požadované vydatnosti vodních zdrojů, přívodních řadů, úpraven vody a vodojemů. Výrazné rozdíly v odběrech v jednotlivých hodinách dne charakterizované existencí tzv. odběrových špiček ranních a večerních jsou podkladem pro výpočet akumulačního prostoru ve vodojemu a pro dimenzování zásobních řadů a rozvodných vodovodních sítí. Výpočtem maximální denní potřeby vody se zohledňuje tzv. denní nerovnoměrnost. To jsou rozdíly v odběrech a potřebě vody v jednotlivých dnech týdne, měsíce, roku [1].

Obr. 2.5.1 Grafický průběh hodinové nerovnoměrnosti potřeby vody [1]

Obr. 2.5.2 Průběh potřeby vody v % z celodenní potřeby [1]

12


Marek Bakrlík

2.6 EPANET 2.0 EPANET je počítačový program, který provádí hydraulické simulace a chování kvality vody v tlakových potrubních sítí. Simulace provádí statické a kvazi-dynamické. Skládá se z úseků, uzlů, čerpadel, ventilů, zásobníků nebo nádrží. EPANET sleduje průtok vody v každém úseku, tlak v každém uzlu, výšku vody v každé nádrži a koncentraci chemických látek v celé síti během simulace doby složené z více časových kroků. EPANET je navržen pro zlepšení našeho porozumění pohybu vody v distribučních systémech. To lze využít pro různé druhy aplikací v analýze rozvodů. Například program odběrů, hydraulický model, kalibrace, analýza zbytkového chlóru a posouzení expozice spotřebitelů. Tento program může pomoci posoudit alternativní strategie řízení pro zlepšení kvality vody v celém systému. To může zahrnovat například změnu zdrojového využití v rámci různých zdrojových systémů, změny čerpání a plnění (vyprazdňování) nádrže a cíleného čištění a výměny potrubí.

2.6.1

Základní charakteristika modelu EPANET 2.0

Je to matematický model řízený odběrem (DDM – Demand Driven Model). Pro výpočet hydraulických veličin využívá globální gradientní metodu, která je založena na platnosti 3 základních podmínek platných pro hydraulickou analýzu (uzlová, okruhová a hydraulická). Postup hydraulického výpočtu u modelů vypadá takto. V první řadě se pro daný zatěžovací stav stanoví uzlové odběry, čímž se definují požadavky na dopravované množství vody a průtoky jednotlivými úseky. Dále se počítají tlakové ztráty v každém úseku a stanoví se hydrodynamický přetlak v jednotlivých uzlech. Zde platí princip, že požadovaný uzlový odběr je vždy realizován v plném rozsahu, bez ohledu na tlak v síti. Při správném nastavení výpočtu a dodržení několika pravidel poskytuje relevantní výsledky [2].

2.7 AUTOMATICKÉ TLAKOVÉ STANICE Automatické tlakové stanice (ATS) jsou zařízení na zvyšování tlaku ve vodovodním potrubí. Používají se tam, kde je potřeba dopravit vodu do míst, kam se voda nedostane gravitačně, nebo z jiných důvodů, tj. nad čáru hydrostatického tlaku, případně nad čáru hydrodynamického tlaku. ATS jsou samostatné provozní jednotky, obvykle sestavy vertikálních či horizontálních čerpadel, tlakové nádoby a příslušenství. Jejich použití je vhodné tam, kde není účelné budování akumulačního objektu na straně spotřeby vody tj. vodojemu. Samostatně zásobují tlaková pásma s malou potřebou vody. Automatické tlakové stanice, někdy také „zvyšovací“ nebo „zesilovací“ stanice, se používají hlavně pro: 

zásobování vodou obytných, podnikatelských a administrativních budov



zásobování malých spotřebišť



zvyšování tlaku pitné a užitkové vody



zavlažovací systémy



mycí linky



dodávky vody pro průmyslové a technologické účely

ATS v zásadě udržují konstantní tlak, nebo tlak kolísající v malém rozsahu, při velkém rozsahu odběru vody (Q), rozsah Q záleží na druhu a velikosti spotřebiště.

13


2.7.1

Marek Bakrlík

Výhody a nevýhody ATS Výhody:  nižší investiční náklady oproti vodojemu  nenáročnost na umístění  hygienické důvody (voda nepřijde do přímého styku s ovzduším)  rychlá a jednoduchá montáž  konstantní tlak v systému při kolísavém i stejnoměrném odběru vody

Nevýhody:  strojní vybavení musí být dimenzováno na špičkovou potřebu  nemožnost volby čerpání mimo energetické špičky  při přerušení dodávky elektrického proudu je téměř současně přerušena dodávka vody  při menší vydatnosti zdroje je nutno vybudovat akumulační nádrž zdroje  spotřeba elektrické energie je větší než při čerpání do vodojemu  návrh ATS na špičkovou potřebu vody, ta může být i několikanásobná oproti průměrné potřebě [9]

2.7.2

Popis a druhy ATS

V současné době jsou v zásadě 2 typy automatických tlakových stanic. Jejich rozdíl je v odlišném udržování tlaku, respektive průtoku, v systému za ATS. 

s velkou tlakovou nádobou (velký objem vzduchového polštáře v tlakové nádobě) a kaskádovým spouštěním čerpadel



s frekvenčním měničem, kterým se reguluje výkon, změnou charakteristiky čerpadla

Hlavními prvky těchto tlakových stanic jsou čerpadla, tlaková nádoba, dále obsahují elektrický rozvaděč (s frekvenčním měničem). Používají se hydrodynamická čerpadla, která jsou zapojena v sérii, jsou většinou vertikální, ale toto není podmínkou. Zajišťují zvyšování tlaku a dostatečný průtok v potrubí. Z hlediska energetických úspor a zvýšení spolehlivosti je vhodné celkový požadovaný hydraulický výkon tlakové stanice rozdělit na vyšší počet čerpadel a vyhradit jedno čerpadlo jako rezervní a výkon čerpadel zvolit tak, aby maximální požadovaný průtok byl pokryt zbývajícími čerpadly. Jedno čerpadlo se navrhuje na nejčastěji se vyskytující potřebu vody. [13] Čerpaná voda by neměla obsahovat abrazivní či agresivní látky vůči konstrukčním materiálům ATS, aby nedošlo ke zkrácení životnosti, nebo k poruše zařízení. Tlaková nádoba je zhotovena z oceli. Může být osazena vertikálně, nebo horizontálně. Osazuje se na výtlačném potrubí. V dnešní době je opatřená potravinářským pryžovým vakem, např. z butylové pryže. Není třeba instalace kompresoru na doplňování vzduchu do tlakové nádoby, jak tomu bylo dříve. Proto také odpadá v minulosti zmiňovaná nevýhoda

14


Marek Bakrlík

styku vody a vzduchu. Dnes se do prostoru mezi stěnu nádoby a vaku vhání vzduch, nebo inertní plyn (dusík). Prvky elektrické a u některých typů i ovládacího rozvaděče zajišťují, nebo mohou zajišťovat následující funkce:

2.7.3



jištění ATS



úplná ochrana motorů



blokování chodu „na sucho“



protáčení čerpadel a sofistikované spínání čerpadel v závislosti na tlaku



hlavní vypínač



signalizace poruchy, chodu čerpadel, atd.



ovládání čerpadel automaticky nebo ručně



automatickou nebo ruční změnu čerpadel [14]

Návrh ATS

Návrh čerpadel Pro návrh čerpadel je zapotřebí znát průtok (Qc) a dopravní výšku čerpadla (H). Je třeba také rozhodnout, kolik čerpadel bude v ATS a jak budou zapojována do provozu. Počet čerpadel (nc) stanovíme dle rozsahu průtoků, typu ATS a dle stupně ATS. Tyto stupně jsou: 

I. Stupeň – kde přerušení dodávky vody způsobí okamžitě značné škody. V tomto stupni je instalovaná rezerva čerpadel 100% + 50% rezerva na skladě.



II. Stupeň – kde je přípustné přerušení dodávky vody maximálně na 3 hodiny. Zde je instalovaná rezerva čerpadel 50% + 1 ks ve skladě.



III. Stupeň – kde je přípustné přerušení dodávky vody na více než 3 hodiny. Na skladě 1 záložní čerpadlo z každého druhu.

V dnešní době je třeba zvážit, zda záložní čerpadla, která by měla být skladem, je nutné fyzicky ve skladu mít, protože čerpadla instalovaná na ATS jsou většinou na skladě výrobce, tudíž snadno dostupná, ale dodání je spíše otázkou dní než hodin. Čerpadla uskladněná ve vlastním skladu stárnou, i když nejsou v provozu a navíc se zvyšují pořizovací náklady na ATS. [9]

Návrh tlakové nádoby Tlakovou nádobu navrhujeme u ATS s kaskádově spínanými čerpadly. Celkový objem tlakové nádoby se skládá ze 2, respektive 3 částí: 

vzduchový (plynový) polštář o objemu Vp



objem nádrže, ve kterém je voda, tento objem můžeme rozdělit na stálý objem (Vst) a na „zásobní“ objem (Vw), je to objem, který je vymezen zapínacím (pz) a vypínacím tlakem (pv)

15


Marek Bakrlík

Objem Vw se mění v závislosti na odběru ve spotřebišti a na spínání čerpadel. Při odběru dochází ke snižování hladiny účinkem tlaku plynu, voda je tlakem plynu vytlačována ven z tlakové nádoby. Až hladina vody dosáhne hladiny vypínacího tlaku (pz), sepne čerpadlo a hladina vody v nádobě stoupá, až po hladinu tlaku vypínacího (pv). Při plnění nádoby dochází ke zvyšování tlaku plynu v nádobě a tlaku vody ve spotřebišti. Celkový objem vody v tlakové nádobě je asi 1/4 až 1/3 jmenovitého objemu nádoby. Stálý objem (Vst) je závislý na konstrukci tlakové nádoby, teoreticky může být i rovný 0. Zásobní objem (Vw) je závislý na výkonu čerpadel a na počtu sepnutí čerpadla za hodinu. Nejméně příznivým případem počtu sepnutí čerpadel je případ, kdy je potřeba vody ve spotřebišti polovina výkonu čerpadla. V tomto případě je doba cyklu Obr. 2.7.1 Schéma částí tlakové nejkratší. Dobou cyklu je myšlena doba sepnutí čerpadla po nádoby [15] opětovné sepnutí čerpadla. Proto se zásobný objem (Vw) navrhuje na tento stav. Vzduchový polštář (Vp) se vypočítává za předpokladu konstantní teploty (izometrická změna tlaku) podle Boyle – Matiottova zákonu. Přitom musíme brát absolutní tlak, nikoliv přetlak. [15]

Doporučené hodnoty 

zapínací tlak pz

0,3 – 0,35 MPa



vypínací tlak pv

0,4 – 0,45 MPa



počet sepnutí

12x za hodinu (čerpadla do 5 l∙s-1) 6x za hodinu (čerpadla 5 – 20 l∙s-1)

16


3

Marek Bakrlík

PŮVODNÍ STAV

3.1 POSKYTNUTÉ PODKLADY Poskytovatel VaK Hradec Králové, a.s.  Topologie vodovodní sítě, DN, trubní materiál – soubor aplikace AutoCAD  Polohopis a výškopis obce Vysoká nad Labem a Roudnička – soubor aplikace AutoCAD  Schéma odtoku z vodojemu Nový Hradec Králové – soubor JPEG  Export dat ze spotřeb vody pro obec Vysoká nad Labem a Roudnička – soubor aplikace Microsoft Office Excel  Měření průtoku z přivaděče DN 500 směr Vysoká nad Labem z roku 2011 a 2012 s časovým krokem 15 minut – soubor aplikace Microsoft Office Excel  Měření denního průtoku z vodojemu Nový Hradec Králové směr Roudnička z roku 2012 a 2013 – soubor aplikace Microsoft Office Excel  Měření hodinového průtoku z vodojemu Nový Hradec Králové směr Roudnička z roku 2012 a 2013 – soubor aplikace Microsoft Office Excel  Průběh měření tlaku a průtoku u č.p. 171 z 16.4. 2012 – soubor JPEG

Poskytovatel obec Vysoká nad Labem  Textová část územního plánu Vysoká nad Labem, listopad 2011 – soubor PDF

3.2 IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE  Název posuzované obce:

Vysoká nad Labem

 Bývalý okres:

Hradec Králové

 Kraj:

Královéhradecký

 Majitel a provozovatel:

VaK Hradec Králové, a.s.

3.3 CHARAKTERISTIKA POSUZOVANÉHO ÚZEMÍ Posuzovaná vodovodní síť se nachází v obci Vysoká nad Labem cca 9 km od Hradce Králové. Obec leží v bývalém okresu Hradec Králové, kraj Královéhradecký. Nadmořská výška obce se pohybuje od 220 do 265 m n. m. a rozkládá se na území o katastrální výměře 15,32 km2. Upřesnění polohy viz. obr. 3.3.1, 3.3.2 a 3.3.3 [3].

17


Marek Bakrlík

Obr. 3.3.1 Vysoká nad Labem, Česká republika [3]

Obr. 3.3.2 Vysoká nad Labem a Hradec Králové [4]

18


Marek Bakrlík

Obr. 3.3.3 Vysoká nad Labem [4]

3.3.1

Obyvatelstvo

V obci Vysoká nad Labem podle Českého statistického úřadu [5] byl k 1. 1. 2013 počet obyvatel 1394, kde průměrný věk byl 36,4 let. Počet obyvatel se za posledních 10 let rozrostl téměř na dvojnásobek. Přírůstek obyvatel zachycuje graf na obr. 3.3.1. Jedním z důvodů zvýšení počtu obyvatel je fakt, že obec se nachází cca 9 km od Hradce Králové a cca 17 km od Pardubic a dnešním trendem je stěhovat se do obcí v blízkosti velkých měst.

Obr. 3.3.4 Vývoj počtu obyvatel obce Vysoké nad Labem v letech 2004 – 2013

3.3.2

Občanská vybavenost obce

V obci kromě obecního úřadu, pošty, prodejny potravin a obecní knihovny s velkou tradicí založenou v roce 1923 najdeme možnosti zábavy, regenerace, sportu a ubytování. Zábavu zajišťuje bowling Hawaii se čtyřmi profesionálními bowlingovými dráhami a s posezením na terase, dále pak hostinec U Salavců s kuchyní. Co se týče regenerace, nacházejí se zde masáže a kosmetické služby. Ubytování zde zajišťuje malý penzion

19


Marek Bakrlík

s rodinnou atmosférou Hubert a ubytovna Vysoká nad Labem. Dále je tu kadeřnictví, úklidové služby a privátní veterinární praxe. V poslední řadě se zde nachází sportování areál. Ten nabízí fotbalové hřiště, klubovnu, hřiště pro plážový volejbal, statepark a víceúčelové hřiště s umělým povrchem. 

Penzion Hubert – 540 m3∙rok-1



Ubytovna V.n.L. – 1575 m3∙rok-1



Sportovní areál – 1080 m3∙rok-1

3.3.3

Průmysl

V obci se nachází několik průmyslových vybaveností, ovšem průmysl z hlediska významné spotřeby vody se zde nenachází. Většinou se jedná o malé firmy. Například rodinná stavební firma HA-KU stavby s.r.o., dále autoservis RTR s.r.o., truhlářství a zámečnictví [6]. Největším průmyslovým podnikem je zemědělská výroba POLABÍ Vysoká a. s., která má aktivity ve výrobě včetně prodeje nezpracovaných zemědělských výrobků, silniční motorovou dopravu, podnikání v oblasti nakládání s odpady a v neposlední řadě výrobě krmiv a krmných směsí. [7] 

POLABÍ Vysoká a. s. – 20 409 m3∙rok-1

3.4 CHARAKTERISTIKA ZÁSOBOVÁNÍ VYSOKÉ NAD LABEM Obec Vysoká nad Labem byla zásobena z vodojemu Nový Hradec Králové (VDJ NHK). Vzhledem k rozrůstající se výstavbě v obci došlo ke zvětšení potřeby vody. Vlivem nárůstů odběrů došlo také ke změně tlakových poměrů v rozvodné síti. Vzhledem ke skutečnosti, že se obec nachází v nadmořské výšce 220 – 265 m nad mořem začaly být tlakové poměry na hranici legislativních limitů. Z tohoto důvodu bylo přikročeno k částečnému zásobování z přivaděče, který je určen pro případné zásobení Královéhradecka, z vodojemu Kunětická hora (VDJ KH). Za VDJ KH je umístěna čerpací stanice, která dopomáhá plnění VDJ NHK. Od roku 2011 byl přívod z VDJ NHK zcela uzavřen a obec je plně zásobována z přivaděče VDJ KH.

Obr. 3.3.5 Schéma zásobování Vysoké nad Labem

20


3.4.1

Marek Bakrlík

Vodojemy a zásobovací řady

Vodojem Nový Hradec Králové má několik akumulačních nádrží. Z hlediska posuzování obce Vysoké nad Labem jsou k dispozici 2 akumulační nádrže. Každá o objemu 10 000 m3. Maximální provozní hladina se nachází na kótě 279,5 m n. m., minimální je ve výšce 275,0 m n. m. a dno je na 274,55 m n. m. Do jedné nádrže je zaústěn přivaděč z Vodojemu Kunětická hora. Z druhé komory vychází zásobní řad, který prochází a zásobuje obce Roudnička a Vysoká nad Labem. Zásobní řad je dimenze DN 200 z PVC (polyvinylchlorid) délky 3,5 km a byl vybudován kolem roku 1970. Vodojem Kunětická hora má 2 typy funkcí vzhledem k Vysoké nad Labem. Primární funkcí je částečné zásobování VDJ Nový Hradec Králové. Sekundární funkcí je zásobování Vysoké nad Labem. VDJ KH má 2 akumulační nádrže, každá o objemu 2 500 m3. Maximální hladina je na kótě 277 m n. m. a minimální hladina ve výšce 272 m n. m. Přivaděč z Kutné hory je z tvárné litiny o DN500 a délce cca 9,5 km. Byl vybudován kolem roku 1996. Jelikož VDJ KH je osazen níže než VDJ NHK, nachází se na přivaděči cca 1 km od VDJ KH čerpací stanice, která dává cca o 5 m vyšší tlak, nežli je maximální hladina na VDJ NHK. Stanice je osazena 3 kusy čerpadel. Tab. 3.4.1 Čerpadla v ČS KH

Čerpadlo

Q [l∙s-1]

Y [J∙kg-1]

M1a 200 QVD 485 H3LU0014 + frekvenční měnič

50 – 135

425 – 980

M1b 200 QVD 485 H3LU0014

50 – 135

425 – 980

M2 125 QVC – 265 – 25LN0014

40

147

3.4.2

Rozvodná síť

Rozvodná síť je tvořena několika materiály o různých dimenzích. Dimenze se vyskytují DN50, DN80, DN100, DN150, DN200. Přesné průběhy dimenzí jsou zobrazeny na obr. 3.4.1 a přesné délky v tabulce 3.4.2. Největší část rozvodné sítě je tvořena z klasického PVC nebo z MONDIAL – PVC, což je molekulárně orientovaný polyvinylchlorid, který má vylepšené mechanické vlastnosti. Dále tam najdeme šedou litinu a v poslední řadě tvárnou litinu. Rozvodná síť byla položena kolem roku 1970. V obci se nachází část, která odpovídá roku 2000. Zobrazení stáří je na Obr. 3.4.2. Tab. 3.4.2 Délky řadů

DN

Délka [m]

50

1 107

80

1 768

100

3 996

150

4 556

200

2 997

21


Marek Bakrlík

Obr. 3.4.1 Průběhy dimenzí

Obr. 3.4.2 Stáří rozvodné sítě

22


3.4.3

Marek Bakrlík

Výškové schéma vodovodu

Obr. 3.4.3 Výškové schéma vodovodu

23


Marek Bakrlík

3.5 HYDROTECHNICKÉ VÝPOČTY 3.5.1

Stanovení drsností potrubí

Z důvodů použití různých typů materiálu a rozdílných stáří jsou drsnosti dané do jednoduché tabulky 3.5.1. Hodnoty se stanovovali ze zkušeností a po konzultaci s vedoucím práce. Drsnosti jsou uvedeny v mm, pro výpočet dle White-Colebrook. Tab. 3.5.1 Drsnosti potrubí

Materiál

3.5.2

Stáří – k [mm] 1970

1996

2000

Plasty

0,03

0,01

0,01

Tvárná litina

1,00

0,30

0,30

Šedá litina

1,50

0,50

0,50

Stanovení potřeb vody

Pro stanovení potřeb vody bylo využito excelovského souboru – Měření průtoku z přivaděče DN 500 směr Vysoká nad Labem z roku 2011 a 2012 s časovým krokem 15 minut, který je přiložen v příloze č. 1 a 2. Měření bylo zpracováno do 2 částí a to do pracovních a nepracovních dnů.

Pracovní dny Vysoká nad Labem

Obr. 3.5.1 Graf průběhu potřeby vody PD – 1. část

24


Marek Bakrlík

Obr. 3.5.2 Graf průběhu potřeby vody PD – 2. Část



průměrná denní potřeba vody Qp

232,70 m3∙den-1



maximální denní potřeba vody Qm

438,40 m3∙den-1



maximální hodinová potřeba vody Qh

34,90 m3∙hod-1



součinitel denní nerovnoměrnosti kd

1,88



součinitel hodinové nerovnoměrnosti kh

1,91



specifická potřeba vody qspec

127,10 l∙os-1∙den-1

Nepracovní dny Vysoká nad Labem

Obr. 3.5.3 Graf průběhu potřeby vody NPD

25


Marek Bakrlík




253,16 m3∙den-1




466,60 m3∙den-1



maximální hodinová potřeba vody Qh

33,90 m3∙hod-1



součinitel denní nerovnoměrnosti kd

1,84



součinitel hodinové nerovnoměrnosti kh

1,74



specifická potřeba vody qspec

141,31 l∙os-1∙den-1

Potřeba vody pro obec Roudnička Z důvodu, že zásobní řad do Vysoké nad Labem z vodojemu Nový Hradec Králové prochází obcí Roudnička, byl zpracován excelovský soubor – Export dat ze spotřeb vody pro obec Vysoká nad Labem a Roudnička, který je přiložen v příloze č. 3. 


83,98 m3∙den-1




97,00 m3∙den-1

Potřeba vody pro obec Roudnička se v modelu zjednodušila na jeden fiktivní odběr. Jelikož je model dělán na maximální hodinovou potřebu, musela být maximální denní potřeba vody vynásobena součinitelem hodinové nerovnoměrnosti, který se bral z potřeby vody pro Vysokou nad Labem a to z vyšší hodnoty, tedy 1,91. 

Maximální hodinová potřeba vody Qh

Qh  Qm  k h  97,00 1,91  185,27m3  den 1  7,72m3  hod 1 kde

(3.5.2)

Qh…maximální hodinová potřeba vody [m3∙hod-1] Qm…maximální denní potřeba vody [m3∙den-1] kh…součinitel hodinové nerovnosti[-]

26


Marek Bakrlík

Průtokové schéma vodovodu

Obr. 3.5.4 Průtokové schéma vodovodu

3.5.3

Zadávání odběrů

Vychází se z maximální hodinové potřeby vody, která je dána součtem hodinové potřeby pro obyvatelstvo a tzv. bodových odběrů, které jsou reprezentovány průmyslem a větší občanskou vybaveností. Bodové odběry se umisťují přímo do uzlů, ve kterých vznikají a potřeba obyvatelstva se rovnoměrně rozdělí po celé síti. Musí zde být zohledněn charakter zástavby a délky úseků, velikost zásobovaných ploch a hustota zástavby v nich. Nejpoužívanější metodou pro svoji jednoduchost, dostatečnou přesnost a výstižnost je metoda redukovaných délek, která byla použita i v tomto případě. Při ní se skutečná délka každého úseku násobí tzv. koeficientem zástavby C1,i a vypočte se tzv. redukovaná délka. [8] 

Stanovení redukované délky Lr ,i  C1,i  Li

kde

(3.5.1)

Lr,i…redukovaná délka [m] C1,i…koeficient zástavby [-]

27


Marek Bakrlík

Li…skutečná délka úseku [m] 

Stanovení specifické potřeby vody na metr redukované délky

qr  kde

Qc Lr ,c

(3.5.2)

qr…specifická potřeba vody na metr redukované délky [l∙s-1∙m-1] Qc…celková potřeba vody pro obyvatele [l∙s-1] Lr,c…celková redukovaná délka [m] 

Výsledný odběr i-tého úseku

Qi  qr  Lr ,i kde

(3.5.3)

Qi…výsledný i-tý odběr [l∙s-1∙m-1] qr…specifická potřeba vody na metr redukované délky [l∙s-1∙m-1] Lr,i…redukovaná délka [m]

Koeficient zástavby C1 Stanovení jednotlivých koeficientů zástavby je na níže zobrazeném obr. 3.5.5., kde se vycházelo z nejčastějšího typu zástavby v obci. Nejčastější typ zástavby byly rodinné domy po obou stranách vodovodní sítě. Z tohoto důvodu se tomuto typu zástavby přiřadila hodnota 1,0. Další hodnoty se braly poměrem zástavby.

Obr. 3.5.5 Koeficienty zástavby C1

Jednotlivé úseky Pro užití této metody se rozdělila celá rozvodná síť na jednotlivé úseky. Délky úseku by měly mít optimální délku, aby nebyla potlačena přesnost a výstižnost. Z toho důvodu jsem úseky rozděloval výhradně dle změn typu zástavby. Pokud byla zástavba téměř stejná, dbal jsem na to, aby žádný úsek nebyl delší než 400 m. Přesný popis a rozdělení úseku je zobrazen níže uvedeném obr. 3.5.6.

28


Marek Bakrlík

Obr. 3.5.6 Úseky

Výsledné hodnoty Pro stanovení celkové potřeby vody pro obyvatele jsem nejprve stanovil a odečetl od maximální denní potřeby vody bodové odběry. Jako bodové odběry jsem v tomto případě zadal sportovní areál, penzion Hubert, ubytovnu Vysoká nad Labem a v poslední řadě průmyslový objekt Polabí Vysoká, a. s.. 

Sportovní areál

0,1 l∙s-1



Penzion Hubert

0,017 l∙s-1



Ubytovna V.n.L.

0,05 l∙s-1



Polabí Vysoká, a. s.

0,65 l∙s-1

29


Marek Bakrlík

Celková potřeba vody pro obyvatele se stanovala pro pracovní a nepracovní dny. Z tohoto důvodu jsou 2 hodnoty pro specifickou potřebu vody. 

Pracovní dny Qc

8,87 l∙s-1



Nepracovní dny Qc

8,60 l∙s-1



Pracovní dny qr

0,00102 l∙s-1∙m-1



Nepracovní dny qr

0,00099 l∙s-1∙m-1

Jelikož specifické potřeby vody na metr redukované délky pro pracovní a nepracovní dny vyšli velice podobné, budeme uvažovat pouze s jednou hodnotou a to s vyšší, tedy pro pracovní dny, která je rovna 0,00102 l∙s-1∙m-1. Podrobné rozepsání metody redukovaných délek i s jednotlivými hodnotami i-tých odběrů je v příloze č. 4.

3.5.4

Výpočet tlaků a rychlostí na rozvodné vodovodní síti

K hydraulickému výpočtu byl použit volně stažitelný program EPANET 2.0 od EPA (United States Environmental Protection Agency), do kterého byla postupně naskládána všechna data potřebná k výpočtu tlaků a rychlostí v síti. Za prvé celá topologie řešené sítě (údaje polohové, směrové, délkové a výškové). Dalšími daty byly základní hydraulické parametry (světlosti a trubní materiál resp. hydraulické drsnosti potrubí). Dále následovaly údaje o objektech ovlivňujících vodovodní síť (vodojemy, čerpadla a uzávěry). Poslední se zadali hodnoty jednotlivých odběrů v síti. Analýza průtoků v trubních tlakových sítích byla použita statická, tedy pro konkrétní okamžitý zatěžovací stav odběrů na síti, který je pro daný časový úsek neměnný (ustálené proudění). Zatěžovací stav byl zvolen jako maximální hodinová potřeba vody. Vztah mezi hodnotami měřenými a výstupními měřícího systému se nazývá kalibrace a ta by měla odpovídat definované přesnosti. Aby bylo možné určit skutečné hodnoty tlaků a rychlostí, měla by se hydraulická analýza kalibrovat a verifikovat. Verifikace je ověření platnosti a správnosti analýzy. Pro potřebu kalibrace a verifikace by měly sloužit přílohy č. 5 obrázkový soubor JPEG – Průběh měření tlaku a průtoku u č. p. 171 ze dne 16. 4. 2012 a č. 6 excelovský soubor – Měření hodinového průtoku z VDJ NHK směr Roudnička z roku 2012 a 2013, kde by se udělalo porovnání tlaku u č. p. 171 s tlakem v modelu, při daném odtoku z VDJ NHK. Ale z důvodu rozsahu bakalářské práce se kalibrace a verifikace neuskutečnila. Díky tomu nemůžeme brát hodnoty tlaků a rychlostí za skutečné ale pouze za teoretické.

Výpočet tlaků a rychlostí Jelikož slovním popisem lze těžko vystihnout celkový pohled na tlaky a rychlosti na rozvětvené rozvodné vodovodní síti, jsou zde uvedeny následující obrázky, ze kterých jsou dobře patrné jednotlivé hodnoty tlaků a rychlostí díky jednoduchým legendám.

30




Marek Bakrlík

maximální provozní hladina VDJ NHK

Obr. 3.5.7 Hodnoty tlaků v síti

Obr. 3.5.8 Hodnoty rychlostí v síti

31




Marek Bakrlík

minimální provozní hladina VDJ NHK


Obr. 3.5.8 Hodnoty rychlostí v síti

32


Marek Bakrlík

Stávající vodovodní síť nevyhovuje legislativním limitům tlakových poměrů. I přes maximální provozní hodnotu hladiny ve VDJ NHK jsou tlaky v nejvyšších místech sítě nedostačující. V nejvyšším místě sítě se tlak dostává až na hodnotu 13,51 m v. sl., tedy 0,14 MPa. Při minimální provozní hladině ve VDJ NHK jsou tlaky ve 3 místech sítě pod hodnotou 0,15 MPa. Více zde o posouzení minimální provozní hladiny rozepisovat nebudu z důvodu, že hladina se nachází téměř na hodnotě dna VDJ a na tuto hodnotu se teoreticky ani provozně nedostane díky pravidelnému dočerpávání vody z VDJ KH. Rychlosti nesplňují minimální hodnotu, která je 0,3 m∙s-1. V síti se nacházejí i místa s téměř nulovou rychlostí. Maximální rychlost, která nabývá hodnoty 1,5 m∙s-1 není nikde v síti překročena. Hodnoty rychlostí ukazují, že je rozvodná vodovodní síť předimenzována z důvodu stále klesající specifické potřeby vody. Bakalářská práce se nezabývá vyřešením problému s rychlostmi, pouze vyřešení tlakových problémů. Po konzultaci se zadavatelem práce jsme se domluvili, že je třeba navrhnout taková opatření, aby tlaky v celé rozvodné vodovodní síti splňovaly legislativní limity a pokud to bude možné, dostaly se nad hodnotu 0,25 MPa.

33


4

Marek Bakrlík

NAVRŽENÁ OPATŘENÍ

V této poslední kapitole budou popsána jednotlivá opatření na zvýšení tlaků v síti. Opatření se jednoduše dají rozdělit na 2 základní typy. Za prvé to jsou opatření, kde nebude žádná změna v provozu VDJ a ČS Kunětická hora, které patří pod VaK Pardubice, a.s.. Kunětická hora bude i nadále částečně zásobovat VDJ Nový Hradec Králové, jak to bylo do doby před zásobováním Vysoké nad Labem. Druhým typem je zapojení ČS KH do zásobování obce Vysoká nad Labem, kde bude využito jedno z jejich čerpadel. 

Bez zapojení VaK Pardubice, a.s. o Udržování určité hladiny ve VDJ NHK o Osazení automatických tlakových stanic o Vybudování nového vodojemu



Se zapojením VaK Pardubice, a.s. o Využití ČS Kunětická hora

4.1 UDRŽOVÁNÍ URČITÉ HLADINY VE VDJ NHK Toto řešení je, co se týká investicí nejjednodušší. Problémem je, i přesto že se bude ve vodojemu držet hladina na maximální úrovni, nebudou po celé síti splněny tlaky dány legislativními limity. Přesně řečeno tlaky nebudou splněny pouze v nejvyšším bodě rozvodné sítě (obr. 4.1.1). Dalším problémem tohoto opatření jsou základní funkce vodojemu, které jsou kromě zajištění tlakových poměrů v síti, také zajištěním potřebné akumulace vody. V tomto případě by měl vodojem pouze jednu funkci. Výsledek je, že toto opatření není dostačující jak z pohledu zajištění tlaků, tak i z funkcí vodojemu.

Obr. 4.1.1 Tlaky v nejvyšším místě v síti

Pokud by bylo povoleno v těchto místech jít pod hodnotu 15 m v. sl. tedy 0,15 MPa, bylo by možné s hladinou ve vodojemu manipulovat v rámci 0,65 m, aniž by klesl tlak pod hodnotu 0,15 MPa v dalších místech. Tím by měl opět vodojem 2 funkce. Průběh tlaků je 34


Marek Bakrlík

zachycen na obr. 4.1.2. Tím by měl vodojem znovu 2 funkce. Ale jako tlakové opatření je to stále nevyhovující.


4.2 OSAZENÍ AT STANIC Zesilovací automatické tlakové stanice (ATS) jsou zařízení na zvyšování tlaku ve vodovodním potrubí. Jsou to samostatné provozní jednotky, obvykle sestavy vertikálních čerpadel, tlakové nádoby a příslušenství. Jejich použití je vhodné tam, kde není účelné budování akumulačního objektu. Samostatně zásobují tlaková pásma s malou potřebou vody. [9]

Obr. 4.2.1 ATS #1 [10]

Obr. 4.2.2 ATS #2 [11]

35


Marek Bakrlík

V tomto případě použijeme ATS na zvýšení tlaku pitné vody. Před všemi výpočty je nutno určit „startovací“ hladinu ve vodojemu, ke které budeme přiřazovat pracovní body čerpadel v ATS. Běžně se používá minimální provozní hladina ve vodojemu, ale z důvodu že rozdíl mezi maximální a minimální hladinou tvoří 4,5 m a teoreticky ani provozně se hladina na minimální provozní hodnotu nedostane, bylo by to bezpředmětné a neekonomické. Proto byla startovací hladina zvolena tak, že se vypočetl čistě objem vody pro provozní akumulaci, požární akumulaci a rezervní akumulaci pro obce Roudnička a Vysoká nad Labem. Výpočet se provedl na stejném principu, jako se počítají jednotlivé objemy pro vodojem s rozdílem, že se neuvažoval žádný přítok. Žádný přítok se neuvažoval z důvodu vyšší zabezpečenosti v případě výpadku přívodu vody do vodojemu Nový Hradec Králové. 

Provozní akumulace Ah

467 m3



Akumulace požární vody Ap

54 m3



Rezervní akumulace Ar

234 m3



Celkový objem Ac

755 m3



Výška „startovací“ hladiny

4,2 m

Po zadání výšky hladiny ve vodojemu NHK 4,2 m vypadal průběh tlaků viz. obr. 4.2.3. Jelikož je v úmyslu dostat tlaky v celé síti nad hodnotu 0,25 MPa, bude muset být síť rozdělena na 3 části. Jedna část bude zásobena gravitačně z VDJ NHK a na zbylé 2 budou osazeny AT stanice viz. obr. 4.2.5.

Obr. 4.2.3 Hodnoty tlaků v síti bez ATS

Aby bylo možné ve všech místech dodržet stanovený tlak, musí být udělané propojení 2 okrajových potrubí na část zásobenou ATS #1 viz. obr. 4.2.4.

36


Marek Bakrlík

Obr. 4.2.4 Propojení okrajových potrubí

Obr. 4.2.5 Rozdělení sítě

Černá barva znamená zásobování gravitačně z VDJ NHK, červená barva znázorňuje síť zásobenou ATS #1 a zelená ATS #2. Na obr. 4.2.5 jsou naznačena místa umístění jednotlivých automatických tlakových stanic. Další postup byl v zjištění počtu přípojek, které se nacházejí v jednotlivých úsecích ATS. Dále stanovení kolik lidí připadne na jednu přípojku. Tady byly zvoleny po domluvě s vedoucím práce a průběhu odběrů 3 osoby na jednu přípojku. A v poslední řadě hodnoty součinitelů denní a hodinové nerovnoměrnosti, které byly stanoveny interpolací z tab. 4.2.1. Výsledkem jsou pracovní body čerpadel. Čerpadla se budou osazovat III. stupně, což znamená, že je přípustné přerušení dodávky vody na více než 3 hodiny a na skladě je 1 záložní čerpadlo z každého druhu.

37


Marek Bakrlík

Tab. 4.2.1 Součinitelé denní a hodinové nerovnoměrnosti [12]

Počet obyvatel

155

80

750

-

Koeficient denní nerovnoměrnosti

kd

1,62

1,65

1,29

-

Koeficient hodinové nerovnoměrnosti

kh

4,76

4,36

2,57

-

ATS #1 

Počet přípojek

110



1 Přípojka

3 osoby



Připojených osob

330



Průměrná denní potřeba vody Qp

0,49 l∙s-1



Součinitel denní nerovnoměrnosti kd

1,52



Maximální denní potřeba vody Qm

0,74 l∙s-1



Součinitel hodinové nerovnoměrnosti kh

4,12




3,05 l∙s-1



Pracovní bod čerpadla o Průtok čerpadla Qč

3,05 l∙s-1

o Dopravní výška čerpadla H

10 m

ATS #2 

Počet přípojek

60



1 Přípojka

3 osoby



Připojených osob

180



Průměrná denní potřeba vody Qp

0,26 l∙s-1



Součinitel denní nerovnoměrnosti kd

1,60



Maximální denní potřeba vody Qm

0,42 l∙s-1



Součinitel hodinové nerovnoměrnosti kh

4,67




1,96 l∙s-1



Pracovní bod čerpadla o Průtok čerpadla Qč

1,96 l∙s-1

o Dopravní výška čerpadla H

5m

Výsledné tlaky při použití 2 automatických tlakových stanic jsou ve všech místech nad hodnotou 0,25 MPa jak bylo zadavatelem požadováno. Tlaky jsou zobrazeny na obr. 4.2.6. Pokud by byl výpadek ATS, ať už z důvodu poškození, opravy či výpadku elektřiny, v celé

38


Marek Bakrlík

síti bude stále možná dodávka vody s rozdílem, že tlaky na síti nebudou vyhovovat legislativním limitům.

Obr. 4.2.6 Hodnoty tlaků v síti s ATS

4.3 VYUŽITÍ ČERPACÍ STANICE KUNĚTICKÁ HORA Čerpací stanice Kunětická hora slouží k částečnému zásobení vodojemu Nový Hradec Králové a obsahuje 3 typy čerpadel. Přesný popis čerpadel je ve výše uvedené tab. 3.4.1. První 2 čerpadla jsou velkých dimenzí a proto je není možné využít k dodávce vody do rozvodné sítě Vysoké nad Labem, z důvodu, že by tlaky v celé síti byly nad hodnotou 0,70 MPa. Z tohoto důvodu jsem použil poslední čerpadlo s následujícím pracovním bodem. Průtok čerpadla Qč = 40 l∙s-1 a dopravní výška čerpadla H = 14,7 m. Při použití tohoto čerpadla vyhovují tlaky legislativním limitům. Přesné průběhy tlaků viz. obr. 4.3.1.

39


Marek Bakrlík

Obr. 4.3.1 Hodnoty tlaků v síti - ČS KH

Výsledné tlaky vypadají optimálně. Problémem je, že pokud by se zásobovala rozvodná síť z ČS KH, docházelo by k neustálému plnění VDJ NHK. To samozřejmě z hlediska provozování není možné, proto by se musela rozvodná síť rozdělit na 2 tlaková pásma. První tlakové pásmo by bylo zásobeno gravitačně z VDJ NHK a druhé tlakově z ČS KH. Nevýhodou tohoto opatření je, že pokud bude výpadek na ČS KH, bude celé tlakové pásmo zcela bez dodávky vody.

4.4 VYBUDOVÁNÍ NOVÉHO VODOJEMU Toto opatření jsem nechal záměrně na konec, protože se jedná o teoretické řešení. Vybudování nového vodojemu je investičně velice náročné. Není to pouze stavba nového vodojemu ale i výstavba přiváděcího a zásobního řadu. Z důvodu absence výškopisu okolí obce Vysoké nad Labem jsem musel použít turistickou mapu z portálu mapy.cz. Do mapy jsem naznačil orientační místo vybudování nového vodojemu viz. obr. 4.4.1. Dle vrstevnic by se vodojem budoval na vrstevnici 275 m n. m.. Nejvyšší místo vodovodní sítě se nachází na kótě 260,70 m n. m.. Rozdíl těchto výšek je pouhých 14,3 m což nezaručí dostačující tlaky, které by splňovaly legislativní limity. Pokud by toto řešení mělo splňovat limity, muselo by se jednat o věžový vodojem nebo by bylo nutné osazení čerpadla. Z těchto důvodů uvádím toto opatření pouze jako teoretickou možnost.

40


Marek Bakrlík

Obr. 4.4.1 Turistická mapa Vysoká nad Labem [16]

41


5

Marek Bakrlík

ZÁVĚR

Prvním bodem práce byla obecná rešerše vybraných témat z vodárenství, přesně řečeno z dopravy vody, která úzce souvisela s bakalářskou prací. V první řadě to byla jednotlivá rozdělení vodovodů dle územní působnosti a výškového uspořádání, dále jednotlivé informace o rozvodné vodovodní síti, poté následovala tlaková schémata při gravitačním zásobení a výpočty ztrát. Nebylo ani zapomenuto na nerovnoměrnost potřeby vody a hydraulický simulační program EPANET. Posledním bodem byla charakteristika automatických tlakových stanic, které byly použity v případě jednoho z opatření. Druhá kapitola se zabývala charakteristikou posuzovaného území, charakteristikou zásobování a provozování vodovodu ve Vysoké nad Labem a hydrotechnickými výpočty. Výsledkem této části práce bylo posouzení stávající vodovodní sítě na tlakové poměry a hodnoty jednotlivých rychlostí. V této kapitole se bohužel potvrdilo podezření na nedostačující tlaky v síti, kdy tlaky nevyhovují legislativním limitům. I při výšce vody ve VDJ NHK na maximální provozní hladině jsou tlaky v nejvyšších místech vodovodní sítě pod hodnotou 0,15 MPa. Co se týče rychlostí, ty nevyhovují také a to na minimální hodnoty. Rychlosti v síti se v některých místech rovnají téměř nule, což je dáno faktorem, že vodovodní síť je i přes téměř zdvojnásobení obyvatelstva za posledních 10 let předimenzovaná. Bohužel bakalářská práce se nezabývala vyřešením problému s rychlostmi, ale pouze vyřešení tlakových problémů. Třetí část bakalářské práce měla za úkol návrh jednotlivých opatření proti nízkým tlakům v síti. Po konzultaci se zadavatelem práce byl požadavek, aby celá síť splňovala legislativní limity a pokud by to bylo možné, aby tlak neklesl v žádném místě pod hodnotu 0,25 MPa. Mezi jednotlivá opatření patří: 

udržování určité hladiny ve VDJ NHK



osazení automatických tlakových stanic



vybudování nového vodojemu



využití ČS Kunětická hora

Bohužel pouhá manipulace s hladinami ve VDJ NHK, ač je to z hlediska investicí nejméně náročné, není jako opatření dostačující. Ani při maximální provozní hladině nevyhovují tlaky v celé síti legislativním limitům. Vybudování nového vodojemu je nejméně reálné, z důvodu velikých investicí na budovu (jednalo by se o věžový vodojem), přiváděcí a zásobní řady. Proto se k tomuto opatření nemá cenu dále vyjadřovat. Při využití ČS Kunětická hora vypadají tlaky v síti optimálně, ale z provozních důvodů by se musela rozvodná síť rozdělit do 2 částí. To vede k jedné velké nevýhodě, a to pokud by byl výpadek na ČS, bude pásmo zásobené tlakově z ČS zcela bez dodávky vody. Osazení ATS je z mého pohledu nejreálnější a to z několika důvodů. Za prvé, dimenze čerpadel v ATS jsou relativně malé, dále čerpadla budou osazena III. stupně a v dnešní době, kdy výměna nového čerpadla znamená otázku několika hodin maximálně jednoho dne, nemusí být náhradní čerpadla na skladě provozovatele. To také snižuje investice na ATS. Jednou z největších výhod je, že pokud bude z nějakého důvodu stanice mimo provoz, stále bude v celé síti možná dodávka vody, pouze nebude splňovat legislativní limity na tlaky.

42


Marek Bakrlík

6

POUŽITÁ LITERATURA

[1]

Chejnovský, P.: Vodárenství – vodovodní sítě. Líbeznice, 2007. VOŠS a SŠS Vysoké Mýto

[2]

EPA United States Environmental Protection Agency URL:< www.epa.gov> [cit. 16. května 2014]

[3]

Wikipedie URL:< http://cs.wikipedia.org/wiki/Vysok%C3%A1_nad_Labem> [cit. 16. května 2014]

[4]

Mapy Google URL:< https://www.google.cz/maps> [cit. 16. května 2014]

[5]

Český statistický úřad URL:< http://www.czso.cz> [cit. 16. května 2014]

[6]

Obec Vysoká nad Labem URL:< http://www.vysoka-nad-labem.cz> [cit. 16. května 2014]

[7]

POLABÍ Vysoká a.s. URL:< http://www.vysoka.cz> [cit. 16. května 2014]

[8]

Kučera, T.: Hydraulická analýza vodovodních sítí – Využití aplikace Epanet. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ, FAKULTA STAVEBNÍ

[9]

Tuhovčák, L., Adler, P., Kučera, T., Raclavský, J.: Vodáreství – B. Doprava vody. Vysoké Učení Technické v Brně, Fakulta stavební

[10] Automatická tlaková stanice URL:< www.aquasystem.cz> [cit. 16. května 2014] [11] Automatická tlaková stanice URL:< www.sebesta.cz> [cit. 16. května 2014] [12] Kučera, T., Kadula, D.: Stanovení potřeby vody v případě malých spotřebišť URL:< www.voda.tzb-info.cz> [cit. 16. května 2014] [13] Automatické tlakové stanice BKT URL:< http://www.bkt.cz/sor/tlaks/tlaks.asp> [cit. 16. května 2014] [14] Návrh automatické tlakové stanice URL:< http://www.aquasystem.cz/tlakstanice-navrh.htm> [cit. 16. května 2014] [15] Kittner, H., Statke, W., Wissel, D.: Wasserversorgung, Berlin, 1975 [16] Mapy Seznam URL:< http://www.mapy.cz> [cit. 16. května 2014]

43


Marek Bakrlík

SEZNAM TABULEK Tab. 3.4.1 Čerpadla v ČS KH ................................................................................................... 20 Tab. 3.4.2 Délky řadů ............................................................................................................... 20 Tab. 3.5.1 Drsnosti potrubí ....................................................................................................... 23 Tab. 4.2.1 Součinitelé denní a hodinové nerovnoměrnosti ...................................................... 38

44


Marek Bakrlík

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2.1.1 Místní vodovod s jedním vodním zdrojem ............................................................... 3 Obr. 2.1.2 Místní vodovod se dvěma zdroji ............................................................................... 3 Obr. 2.1.3 Skupinový vodovod s jedním VDJ............................................................................ 4 Obr. 2.1.4 Skupinový vodovod se dvěma VDJ .......................................................................... 4 Obr. 2.1.5 Oblastní vodovod s několika zdroji ........................................................................... 5 Obr. 2.2.1 Gravitační vodovod ................................................................................................... 6 Obr. 2.1.2 Výtlačný vodovod ..................................................................................................... 6 Obr. 2.3.1 Větevná síť ................................................................................................................ 7 Obr. 2.3.2 Okruhová síť.............................................................................................................. 7 Obr. 2.4.1 Tlakové schéma při gravitačním zásobení z vodojemu ............................................ 9 Obr. 2.5.1 Grafický průběh hodinové nerovnoměrnosti potřeby vody .................................... 11 Obr. 2.5.2 Průběh potřeby vody v % z celodenní potřeby........................................................ 11 Obr. 2.7.1 Schéma částí tlakové nádoby .................................................................................. 15 Obr. 3.3.1 Vysoká nad Labem, Česká republika ...................................................................... 17 Obr. 3.3.2 Vysoká nad Labem a Hradec Králové ..................................................................... 17 Obr. 3.3.3 Vysoká nad Labem .................................................................................................. 18 Obr. 3.3.4 Vývoj počtu obyvatel obce Vysoké nad Labem v letech 2004-2013 ...................... 18 Obr. 3.3.5 Schéma zásobování Vysoké nad Labem ................................................................. 19 Obr. 3.4.1 Průběhy dimenzí ...................................................................................................... 21 Obr. 3.4.2 Stáří rozvodné sítě ................................................................................................... 21 Obr. 3.4.3 Výškové schéma vodovodu ..................................................................................... 22 Obr. 3.5.1 Graf průběhu potřeby vody PD – 1. část ................................................................. 23 Obr. 3.5.2 Graf průběhu potřeby vody PD – 2. část ................................................................. 24 Obr. 3.5.3 Graf průběhu potřeby vody NPD ............................................................................ 24 Obr. 3.5.4 Průtokové schéma vodovodu .................................................................................. 26 Obr. 3.5.5 Koeficienty zástavby C1 .......................................................................................... 27 Obr. 3.5.6 Úseky ....................................................................................................................... 28 Obr. 3.5.7 Hodnoty tlaků v síti ................................................................................................. 30 Obr. 3.5.8 Hodnoty rychlostí v síti ........................................................................................... 30 Obr. 3.5.9 Hodnoty tlaků v síti ................................................................................................. 31 Obr. 3.5.10 Hodnoty rychlostí v síti ......................................................................................... 31 Obr. 4.1.1 Tlaky v nejvyšším místě v síti ................................................................................. 33 Obr. 4.1.2 Hodnoty tlaků v síti ................................................................................................. 34 Obr. 4.2.1 ATS #1 .................................................................................................................... 35 45


Marek Bakrlík

Obr. 4.2.2 ATS #2 .................................................................................................................... 35 Obr. 4.2.3 Hodnoty tlaků v síti bez ATS .................................................................................. 36 Obr. 4.2.4 Propojení okrajových potrubí .................................................................................. 36 Obr. 4.2.5 Rozdělení sítě .......................................................................................................... 37 Obr. 4.2.6 Hodnoty tlaků v síti s ATS ...................................................................................... 39 Obr. 4.3.1 Hodnoty tlaků v síti – ČS KH ................................................................................. 40 Obr. 4.4.1 Turistická mapa Vysoká nad Labem ....................................................................... 41

46


Marek Bakrlík

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ VDJ

vodojem

HST

hydrostatický tlak

HDT

hydrodynamický tlak

ČS

čerpací stanice

zt

tlaková ztráta v úseku délky

λ

součinitel tření

L

délka úseku

D

vnitřní průměr potrubí

v

střední průřezová rychlost

g

tíhové zrychlení

I

sklon tlakové čáry

DN

jmenovitý vnitřní průměr potrubí

l

délka potrubí

zm

tlaková ztráta místní

ζ

součinitel místní ztráty

kh

součinitel hodinové nerovnoměrnosti

kd

součinitel denní nerovnoměrnosti

ATS

automatická tlaková stanice

Q

odběr vody

Qc

průtok čerpadla

H

dopravní výška

nc

počet čerpadel

Vp

objem vzduchového (plynového) polštáře

Vst

objem stálý

Vw

objem zásobní

pz

tlak zapínací

pv

tlak vypínací

VaK

vodovody a kanalizace

VnL

Vysoká nad Labem

NHK

Nový Hradec Králové

KH

Kunětická hora

PVC

polyvinylchlorid

Y

měrná energie

47


k

drsnost potrubí

Qp

průměrná denní potřeba vody

Qm

maximální denní potřeba vody

Qh

maximální hodinová potřeba vody

qspec

specifická potřeba vody

Lri

redukovaná délka

C1i

koeficient zástavby

Li

skutečná délka úseku

qr

specifická potřeba vody na metr redukované délky

Qc

celková potřeba vody pro obyvatele

Lrc

celková redukovaná délka

Qi

výsledný i-tý odběr

Marek Bakrlík

48


Marek Bakrlík

SEZNAM PŘÍLOH Vložené přílohy 1. Měření průtoku z přivaděče DN 500 směr Vysoká nad Labem z roku 2011 a 2012 s časovým krokem 15 minut – Pracovní dny 2. Měření průtoku z přivaděče DN 500 směr Vysoká nad Labem z roku 2011 a 2012 s časovým krokem 15 minut – Nepracovní dny 3. Export dat ze spotřeb vody pro obec Vysoká nad Labem a Roudnička 4. Metoda redukovaných délek 5. Průběh měření tlaku a průtoku u č.p. 171 ze dne 16. 4. 2012 6. Měření hodinového průtoku z vodojemu Nový Hradec Králové směr Roudnička z roku 2012 a 2013 7. Měření denního průtoku z vodojemu Nový Hradec Králové směr Roudnička z roku 2012 a 2013 8. Polohopis, výškopis a topologie vodovodní sítě 9. Schéma odtoku z vodojemu Nový Hradec Králové 10. Model EPANET 2.0 11. Model EPANET 2.0 – ATS 12. Model EPANET 2.0 – ČS KH

49

POSOUZENÍ VODOVODNÍ SÍTĚ OBCE VYSOKÁ NAD LABEM THE ANALYSIS OF WATER DISTRIBUTION NETWORK OF VYSOKÁ NAD LABEM MUNICIPALITY

Recommend Documents